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半导体是一种电性能介于允许电流自由流动的导体和阻止电流流动的绝缘体之间的材料。半导体的独特性质源于其原子结构和电子在能带中的排列。在半导体中，包含最外层电子的价带与电子可以自由移动的导带通过一个相对较小的能隙（称为带隙）分开。
温度、杂质或施加电场都是改变半导体电导率的方法。半导体可以设计用于执行各种任务，包括信号放大、开关状态之间的切换以及将能量从一种形式转移到另一种形式，这使它们成为电子设备的完美构建模块。
本征和非本征半导体半导体可分为两类：本征半导体和外征半导体。本征半导体是不添加杂质的纯净材料，其电性能完全由材料的固有特性决定。本征半导体具有有限数量的载流子，这些载流子是由热能产生的。因此，它们的电导率相对较低并且高度依赖于温度。
另一方面，非本征半导体是通过一种称为掺杂的过程将杂质引入本征材料中而产生的。掺杂涉及向半导体材料添加少量另一种元素（称为掺杂剂）。掺杂剂原子比半导体原子具有更多或更少的价电子，导致电荷载流子过量或不足。
非本征半导体有两种类型：n型和p型。在n型半导体中，掺杂剂原子比半导体原子具有更多的价电子，导致带负电的电子过多。相反，在p型半导体中，掺杂剂原子的价电子比半导体原子少，从而产生过量的带正电的“空穴”。控制非本征半导体中电荷载流子的类型和浓度的能力使工程师能够设计具有特定特性和功能的电子设备。硼或铝等三价掺杂剂通常用于制造p型半导体，而磷或砷等五价掺杂剂通常用于制造n型半导体。
能带和带隙在半导体中，电子能级的排列在决定其电性能方面起着至关重要的作用。半导体中的电子占据特定的能带，这些能带是电子在材料内可以具有的连续能级范围。半导体中最重要的两个能带是价带和导带。
价带是在绝对零温度下完全被电子占据的最高能带。这些电子与其母体原子紧密结合，并负责在原子之间形成化学键。随着温度升高，其中一些电子获得足够的能量以脱离其母体原子并移动到导带。
导带是价带上方的下一个较高能带，在绝对零温度下它部分或完全为空。导带中的电子可以在材料内自由移动，从而参与电流的传导。
价带和导带之间的能隙称为带隙。它是价带顶部和导带底部之间的能量差。它代表电子从价带跃迁到导带所需的最小能量。带隙的大小是决定半导体电性能的关键因素。带隙较大（通常大于电子伏(eV)）的材料被视为绝缘体，因为它们的电子需要大量能量才能移动到导带。带隙较小（通常在0.1至eV之间）的材料被归类为半导体。
半导体的电导率随着温度的升高而增加，因为更多的电子获得足够的能量来克服带隙并移动到导带。相反，没有带隙的材料（例如金属）是导体，因为它们的价带和导带重叠，允许电子自由移动并传导电流。因此，为了使半导体导电，电子必须能够通过获得足够的能量来克服带隙，从价带移动到导带。控制电子在价带和导带之间运动的能力使得半导体在电子设备中如此有用。
半导体、纯半导体和纯元素纯元素不是半导体，因为它们具有填充的价带和空的导带，这意味着它们不具有作为半导体运行所需的电特性。对于成为半导体的材料，它必须具有部分填充的价带和空的导带。当能量施加到材料上时，这允许电子从价带移动到导带，这是材料导电所必需的。
铜、铝、金等纯元素是非半导体材料的例子。然而，可以掺杂一些纯元素（例如硅和锗）来制造半导体。当纯元素中添加少量杂质时，可以产生具有不同电性能的材料区域。这对于创建p型和n型半导体非常有用，而p型和n型半导体是创建晶体管和集成电路等电子设备所必需的。纯半导体，例如本征硅或锗，是没有有意掺杂杂质的半导体。这些材料具有部分填充的价带和空的导带，这使得它们能够导电，但不如掺杂半导体有效。
本征半导体可用于研究半导体的基本特性以及创建光电二极管和辐射探测器等设备。然而，它们在电子器件中的应用并不像掺杂半导体那样广泛，因为它们不具备与掺杂半导体一样出色的性能所需的电性能。
